[发明专利]一种水下机器人在近水面受海浪干扰时使用水平舵进行主动减摇的模糊PID控制方法

说明书

本发明提供一种水下机器人在近水面受海浪干扰时使用水平舵进行主动减摇的模糊PID控制方法，首先建立水下机器人的横摇运动模型。基于水下机器人自带水平舵，建立水平舵纵向摆动时的升力模型。得到波浪对机器人的干扰力矩计算方法并进行仿真。利用上述的水下机器人的横摇运动模型和波浪对机器人的干扰力矩的计算方法，搭建受扰后的水下机器人在近水面的横摇减摇系统的模型，通过测量元件检测在波浪干扰作用下水平舵的横摇角度，分析近水面机器人在不同深度的横摇特点，建立相应的模糊规则，优化PID控制器的三个参数，得到水平舵的横摇角，从而使水平舵的随动系统作出反应产生减小水下机器人横摇的扶正力矩，达到减摇的目的。

技术领域

本发明涉及一种主动减小水下机器人在近水面工作时横摇运动的方法，尤其涉及一种水下机器人在近水面受海浪干扰时使用水平舵进行主动减摇的模糊PID控制方法。

背景技术

水下机器人在近水面航行并执行任务的过程中，由于受到海浪的干扰，会不可避免的产生摇荡运动，其中横摇运动是最为剧烈的运动之一。减小水下机器人在近水面时的横摇运动，不但可以保证其安全性，而且能更好的完成水下作业任务。

将水下机器人的四个水平舵做为控制横摇运动的装置，不但没有增加额外的安装成本，而且还可以获得较好的减摇效果。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种水下机器人在近水面受海浪干扰时使用水平舵进行主动减摇的模糊PID控制方法，一种改善在对水下机器人在近水面不同深度时，基于自带的水平舵，实现自主减摇的模糊PID控制方法。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：建立随机海浪模型；

步骤二：根据建立的海浪模型得到水下机器人的水动力系数；根据简化后的水下机器人的六自由度方程建立水下机器人的横摇运动模型，并得到水下机器人的横摇运动相应的横摇角；

步骤三：利用得到的水下机器人的横摇角度，并根据水下机器人在近水面的不同深度的横摇特点，建立相应的模糊规则，优化PID控制器的三个参数，得到水平舵的控制输出横摇角度改变量；

步骤四：建立水下机器人的水平舵的升力模型，利用横摇角改变量得到水平舵为水下机器人提供的升力，反馈作用在水平舵的随动系统上；

步骤五：在MATLAB的SIMULINK中搭建仿真模型，对水下机器人在近水面不同深度下进行仿真，验证减摇效果。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.步骤一中的随机海浪模型具体是：

基于ITTC提供的双参数海浪建立水面上随机海浪模型Sζ(ω)为：

式中：h1/3是波浪的有义波高，T是特征周期，

水下的波幅ζ(t)的大小随着水深的增加是呈指数函数规律下降的，满足：